碳載R-Ti02對乙醇的電催化氧化

1.2.周劍1.車玉智1.鄒冰1.高穎

(1.哈爾濱師范大學(xué)理化學(xué)院化學(xué)系，黑龍江哈爾濱150080;2.哈爾濱市第一六二中學(xué)，黑龍江哈爾濱150000)

摘要:用簡單的化學(xué)沉積法制備了碳載Pt(Pt/C)和碳載Pt-TiO2(Pt-Ti02/C)催化劑。研究發(fā)現(xiàn)無論是25℃還是60℃與Pt/C電極相比，乙醇在Pt一Ti02/C電極上的起始氧化電位及氧化峰電位均比在PVC電極上負移。而在中性溶液中，乙醇在Pt-Ti仇/C電極上的氧化峰電流密度比并在PVC催化劑有一定程度的增大。

關(guān)鍵詞:乙醇電催化氧化

中圖分類號:0646文獻標識碼:A

直接甲醇燃料電池(DMFC)的研究近年取得了很大進展〔'loDMFC有很多優(yōu)點，如甲醇常溫下是液體易于貯存和運輸，且有較高的能量密度和反應(yīng)活性，因此，研究得比較廣泛。但甲醇毒性較大，特別是能損害人的視覺神經(jīng)。此外甲醇易透過Nafion膜進人陰極造成陰極的混合電位而影響DMFC的陰極性能，這也是制約DMFC走向?qū)嵱没闹饕獑栴}之一[2-51。因此，人們在進一步研究解決直接甲醇燃料電池這些問題的同時，也尋求其它的小分子醇作為甲醇的替代燃料。由于乙醇最有可能成為直接甲醇燃料電池(DMFC)的替代燃料，因此，近年來，乙醇的電化學(xué)氧化及直接乙醇燃料電池的研究引起人們的很大興趣。乙醇是除甲醇以外最簡單的醇，它來源廣泛，無毒，是可再生和環(huán)保型能源，并且也有較高的能量密度和反應(yīng)活性。但乙醇電極上的完全氧化要比甲醇困難，涉及到C一C鍵的斷裂，陽極反應(yīng)動力學(xué)過程也比較緩慢[8〕。因此，對乙醇陽極氧化的研究主要集中在提高催化劑對乙醇氧化的電催化活性方面〔9-11]。本文用簡單的化學(xué)沉積法制備了Pt/c和Pt一Ti02/C催化劑，比較了兩種不同催化劑乙醇的電催化氧化性能。

1實驗部分

1.1催化劑及電極的制備

將活性碳分散在異丙醇水溶液中60min，然后加人氯鉑酸溶液，加熱到80℃時，調(diào)pH值為7，在溶液中加人過量的NaBH;還原氯鉑酸，在磁力攪拌器攪拌下還原反應(yīng)120min,

攪拌下均降至室溫，過濾、洗滌，室溫干燥，得到PVC催化劑，Pt在催化劑中含量為20(wt)%o

先用上述方法制得PVC催化劑，分散到由欽酸四丁醋在一定比例的乙醇，水與HN03混合液中水解得到Ti02溶膠中，陳化、干燥后，500T,N:保護下熱處理120min，得到Pt一Ti02/C催化劑。Pt在催化劑中含量為20(wt)%,Ti和Pt原子比為1:20將制得的Pt/C和Pt一Ti仇/C兩種催化劑分別與適量聚四氟乙烯(PTFE)、全氟磺酸樹脂(Nafion)及少量乙醇棍合，超聲波震蕩5mim后，均勻涂在碳紙上，室溫干燥制得Pt/C和Pt一Ti仇/C電極。電極表觀面積0.5cm2,pt載量為lmg·cm-ZoPTFE含量約為10(wt)%,Nafion含量約為13(wt)%。

1.2儀器藥品及電化學(xué)測量

VulcanXC一72R活性碳為美國Cabot公司產(chǎn)品，所用化學(xué)試劑均為分析純，洗滌和配制溶液均用3次蒸餾水。NZ(99.99%北京南亞氣體制品有限公司);電化學(xué)測量使用CH1650電化學(xué)工作站。

2結(jié)果與討論

2.1酸性溶液中乙醇在Pt-TiO2/C電極上的電化學(xué)氧化

圖1為25℃時，在酸性溶液中，乙醇在Pt/C和Pt一Ti02/C電極上的線性掃描曲線。

由圖1可見，乙醇在Pt/C電極上有兩個氧化峰，分別位于0.83和1.25V處，相應(yīng)的峰電流分別為38.2和52.5mA·cm-2。而在Pt一Ti02/C電極上，氧化峰峰電位分別為0.73和1.13V，相應(yīng)的峰電流分別為38.7和52.2mA·Ccm_2。由此可見，乙醇在Pt一Ti02/C電極上的氧化峰電流密度與在Pt/C電極上的相近，但峰電位卻負移了約l00mvo

圖2為60℃時在酸性溶液中，乙醇在PVC和Pt一Ti02/C電極上的線性掃描曲線。

由圖2可見，60℃時乙醇在Pt/C電極上的氧化峰電位于1.04V左右，起始氧化電位約為0.39V,相應(yīng)的峰電流為80.7mA·cm_Z。在Pt一Ti02/C電極上，乙醇的第一個氧化峰位于0.86V，起始氧化電位約為0.29V，第一個氧化峰的峰電流為76.OmA·"cm-2，略低于在Pt/C電極上的峰電流密度。但氧化峰電位與起始氧化電位都有較大程度的負移，峰電位負移了170mV，起始氧化電位要負移

100mv。負移的程度要大于在25℃時的情況，這說明60℃時Ti0:對乙醇電氧化反應(yīng)的助催化作用要大于25℃時的助催化作用。

2.2中性溶液中乙醇在Pt-TiO2/C電極上的氧化

圖3為25℃中性溶液中，乙醇在Pt一Ti02/C和Pt/C電極上的線性掃描曲線。

由圖3可見，中性溶液中，乙醇在Pt一TiOZ/C電極上的氧化峰電流密度略高于在PVC電極上的氧化峰電流密度，約提高了4mA·cm_Z。乙醇在Pt一Ti02/C電極上的氧化峰電位為0.79V，略負于在PVC電極上的氧化峰電位0.80V。與相同溫度酸性溶液中相比，中性溶液中乙醇在PVC電極上的氧化峰電位略負于在酸性溶液中，但乙醇在RTi02/C電極上的氧化峰電位卻比在酸性溶液中正。相同溫度下乙醇在酸性溶液中的氧化峰電流密度略高于在中性溶液中的氧化峰電流密度。

3結(jié)論

Pt-Ti02/C催化劑在酸性溶液中對乙醇的氧化與Pt/C催化劑相比無論是氧化峰電位還是起始氧化電位都有一定程度的負移，說明乙醇更容易在Pt一Ti02/C催化劑上氧化。TiO:在酸性溶液中對乙醇的氧化有較大助催化作用。在中性溶液中氧化峰電位和起始氧化電位沒有明顯的變化，但乙醇在Pt一Ti02/C催化劑上的氧化峰電流密度有一定程度的提高。